DE102019135276A1

DE102019135276A1 - Device for measuring the contents of liquid-filled containers

Info

Publication number: DE102019135276A1
Application number: DE102019135276.2A
Authority: DE
Inventors: Robert Griebel; James Bradley; Bernd Ströter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-24
Also published as: US20210190576A1

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Messung einer Masse einer polarisierbaren Flüssigkeit in einem Behältnisses (100) umfassend eine einen Messbereich (20) definierende Abschirmantenne (29, 29b) einer aktiven Abschirmung (2), wobei die Abschirmantenne (29, 29b) an eine erste Messvorrichtung (21) und einem Kompensationssignalgenerator (22) angeschlossen ist, eine Messpulsantenne (30, 30b), welche an eine zweite Messvorrichtung (31) und einen Messpulsgenerator (32) angeschlossen und innerhalb des Messbereichs (20) angeordnet ist, und wobei die Vorrichtung dazu vorbereitet ist mittels der ersten Messvorrichtung (21) einen zeitveränderlichen Spannungswert eines externen Störsignals zu messen und mittels des Kompensationssignalgenerators (22) ein dieses Störsignal ausgleichendes Ausgleichssignal zu erzeugen und auf die Abschirmantenne (29, 29b) zu leiten und so eine weitgehende Störfeldfreiheit des Messbereichs (20) zu erreichen, und mittels des Messpulsgenerators (32) ein Polarisierungssignal zu erzeugen und über die Messpulsantenne (30, 30b) den Flüssigkeitsinhalt des Behältnisses (100) zu polarisieren und mittels der zweiten Messvorrichtung (31) ein Antwortsignal zu messen und aus diesem Antwortsignal die Masse der Flüssigkeit abzuleiten.Device and method for measuring a mass of a polarizable liquid in a container (100) comprising a screening antenna (29, 29b) of an active screen (2) defining a measuring area (20), the screening antenna (29, 29b) being connected to a first measuring device ( 21) and a compensation signal generator (22) is connected, a measuring pulse antenna (30, 30b) which is connected to a second measuring device (31) and a measuring pulse generator (32) and is arranged within the measuring range (20), and the device is prepared for this a time-variable voltage value of an external interference signal is to be measured by means of the first measuring device (21) and an equalizing signal to compensate for this interference signal is to be generated by means of the compensation signal generator (22) and to be sent to the shielding antenna (29, 29b), thus ensuring that the measurement area (20) is largely free of interference fields ) to achieve, and a polarization signal by means of the measuring pulse generator (32) generate and polarize the liquid content of the container (100) via the measuring pulse antenna (30, 30b) and measure a response signal by means of the second measuring device (31) and derive the mass of the liquid from this response signal.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Masse einer polarisierbaren Flüssigkeit in einem Behältnisse, insbesondere wenn diese in größerer Zahl in Aufnahmen von Trägerplatten eingesetzt sind und möglichst genau dosiert befüllt werden sollen.The present invention relates to a device and a method for measuring the mass of a polarizable liquid in a container, in particular when these are used in large numbers in receptacles on carrier plates and are to be filled as precisely as possible in doses.

Solche Vorrichtungen und Verfahren kommen beispielsweise im medizinischen Bereich zum Einsatz, wo eine größere Zahl in Nestern zusammengefasster Behältnisse möglichst exakt mit einer Medikamentenflüssigkeit befüllt werden sollen. Ein Beispiel hierfür ist die Herstellung von Einwegspritzen, bei der die Spritzen in (Spritzen-)Nestern zusammengefasst mit einem als wässrige Lösung vorliegenden Medikament befüllt werden. Weitere Beispiele für medizinische Behältnisse, welche im Vergleich zu Einwegspritzen jeweils andere bauliche Gestaltungen der zugehörigen Nester nach sich ziehen, sind Phiolen- und Zylinderampullen (Karpulen)Such devices and methods are used, for example, in the medical field, where a large number of containers grouped together in nests are to be filled as precisely as possible with a medicament liquid. An example of this is the production of disposable syringes, in which the syringes are grouped in (syringe) nests and filled with a medicament in the form of an aqueous solution. Further examples of medical containers, which, compared to disposable syringes, each have different structural designs of the associated nests, are vial and cylinder ampoules (cartridges)

In allen Flällen muss die eingefüllte Flüssigkeitsmenge, also die Masse der eingefüllten Flüssigkeit, aus Gründen der Vergleichbarkeit und zur Sicherstellung des Behandlungserfolgs möglichst genau einer vorgegebenen Sollmenge (Sollmasse) entsprechen. Daher muss zur Qualitätssicherung die Einfüllmenge wenigstens stichprobenartig überprüft werden. Bei einer Massenfertigung bzw. -befüllung, wie sie für Einwegspritzen, Phiolen oder Zylinderampullen zum Einsatz kommt, soll dieser Schritt weiterhin möglichst wenig Zeit in Anspruch nehmen.In all cases, the amount of liquid filled in, i.e. the mass of the liquid filled in, must correspond as precisely as possible to a specified target amount (target mass) for reasons of comparability and to ensure the success of the treatment. Therefore, the filling quantity must be checked at least randomly for quality assurance. In the case of mass production or filling, such as that used for disposable syringes, vials or cylinder ampoules, this step should continue to take as little time as possible.

Um die Füllmenge zu bestimmen werden im Stand der Technik zwei Verfahren eingesetzt. Zum einen kann bei den üblicherweise vorkommenden einfachen zylindrischen Geometrien der Einwegspritzen mit optischen Mitteln die Füllhöhe gemessen und dann durch Multiplikation mit der Querschnittsfläche und gegebenenfalls Addition eines konstanten Volumens für den unteren, nicht zylindrischen Teil der Spritze das zunächst das Füllvolumen berechnet und hieraus durch weitere Multiplikation mit einer im Allgemeinen temperaturabhängigen, Dichte die Füllmenge bestimmt werden.In the prior art, two methods are used to determine the filling quantity. On the one hand, with the simple cylindrical geometries of the disposable syringes that usually occur, the filling level can be measured with optical means and then by multiplication with the cross-sectional area and, if necessary, addition of a constant volume for the lower, non-cylindrical part of the syringe, which first calculates the filling volume and from this by further multiplication the filling quantity can be determined with a generally temperature-dependent density.

Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass die Genauigkeit des Ergebnisses begrenzt ist zum einen durch die Genauigkeit, mit der die Füllhöhe bestimmt werden kann und zum anderen durch die Fertigungsgenauigkeit der Spritzenkörper, d.h. durch den Grad den die tatsächliche Querschnittsfläche von dem bei oben beschriebener Rechnung zum Einsatz kommender angenommenen Wert abweicht. Selbst wenn der angenommene Wert dem Mittelwert der Querschnittsfläche über viele Spritzenkörper entspricht, also keine systematische Abweichung vorliegt, gibt es immer noch statistische Abweichungen durch die fertigungsbedingte Varianz der Querschnittsfläche um diesen Mittelwert. Bei einfachen Massenartikeln wie Spritzenkörpern kann diese durchaus im Bereich einiger Prozent liegen. Zu diesem statistischen Effekt kommt noch die Varianz der Querschnittsfläche entlang des Spritzenkörpers, welche eine Volumenbestimmung durch Multiplikation Füllhöhe mal Querschnittsfläche entsprechend ungenau macht.The disadvantage of this method is that the accuracy of the result is limited, on the one hand, by the accuracy with which the filling level can be determined and, on the other hand, by the manufacturing accuracy of the syringe body, i.e. by the degree that the actual cross-sectional area differs from the calculation described above used assumed value deviates. Even if the assumed value corresponds to the mean value of the cross-sectional area over many syringe bodies, i.e. there is no systematic deviation, there are still statistical deviations due to the manufacturing-related variance of the cross-sectional area around this mean value. In the case of simple mass-produced articles such as syringe bodies, this can be in the range of a few percent. In addition to this statistical effect, there is also the variance of the cross-sectional area along the syringe body, which makes a volume determination by multiplying the filling height times the cross-sectional area correspondingly inaccurate.

Aufgrund der Oberflächenspannung ist die Oberläche der Flüssigkeit im Übrigen auch nicht eben, sondern weißt an der Berührungslinie mit der Behältnisinnenwand eine Verformung auf, welche abhängig von den Inhaltsstoffen der Flüssigkeit, sowie etwaiger auf der Innenwand vorhandener Oberflächenspannungsverändernder Stoffe von Behältnis zu Behältnis variieren kann und die Füllhöhenmessung wie auch die darauf basierende Füllmengenbestimmung ungenauer macht.Due to the surface tension, the surface of the liquid is also not flat, but rather shows a deformation at the line of contact with the inner wall of the container, which can vary from container to container depending on the contents of the liquid and any substances that change surface tension on the inner wall and which Makes filling level measurement, as well as the determination of the filling quantity based on it, more inaccurate.

Ein weiterer Nachteil ist, dass die Dichte der Flüssigkeit nur näherungsweise bekannt und in der Regel auch Temperaturabhängig ist, was für genaue Ergebnisse eine Temperaturmessung nötig macht. Dies erhöht den Aufwand und reduziert die Genauigkeit dieser ersten Methode zur Füllmengenbestimmung weiter.Another disadvantage is that the density of the liquid is only known approximately and is usually also temperature-dependent, which makes a temperature measurement necessary for accurate results. This increases the effort and further reduces the accuracy of this first method for determining the filling quantity.

Die zweite Methode bestimmt die Füllmenge über das Gewicht der befüllten Spritze, wie es beispielweise die Offenlegungsschrift DE 10 2004 035 061 A1 vorschlägt. Die befüllte Spritze wird dabei gewogen und das Gewicht einer leeren Spritze abgezogen. Diese Methode der Füllmengenbestimmung wäre dann sehr genau, wenn das subtrahierte Gewicht der leeren Spritze genau bekannt wäre. Dies könnte dadurch erreicht werden, dass dieselbe Spritze sowohl vor- als auch nach dem Befüllen gewogen wird. Wohl aus Zeitgründen wird in der DE 10 2004 025 061 A1 jedoch nur die befüllte Spritze gewogen und ein Standardgewicht einer leeren Spritze abgezogen. Das tatsächliche Gewicht variiert jedoch wie auch die Querschnittsfläche des Innenraums fertigungsbedingt von Spritze zu Spritze im Rahmen einer gewissen Toleranz von bis zu einigen Prozent. Somit ist das durch diese Methode ermittelte Ergebnis auch mit einem entsprechenden Fehler behaftet.The second method determines the filling quantity via the weight of the filled syringe, as is the case, for example, in the Offenlegungsschrift DE 10 2004 035 061 A1 suggests. The filled syringe is weighed and the weight of an empty syringe is deducted. This method of determining the filling quantity would be very accurate if the subtracted weight of the empty syringe were known exactly. This could be achieved by weighing the same syringe both before and after filling. Probably for reasons of time, the DE 10 2004 025 061 A1 however, only the filled syringe was weighed and a standard weight was deducted from an empty syringe. The actual weight, however, like the cross-sectional area of the interior space, varies from syringe to syringe within a certain tolerance of up to a few percent due to manufacturing reasons. The result determined by this method is therefore also subject to a corresponding error.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Füllmenge, genauer der Flüssigkeitsmasse, flüssigkeitsgefüllter Behältnisse zu finden, mithilfe dessen bzw. derer schnell und mit einem einzigen Messvorgang die Füllmenge bestimmt werden kann, ohne dass das Ergebnis durch die Fertigungsungenauigkeiten der Behältnisse beeinträchtigt wird.The present invention is therefore based on the object of finding a method and a device for determining the fill quantity, more precisely the liquid mass, of liquid-filled containers, with the aid of which the fill quantity can be determined quickly and with a single measuring process without the result being through the manufacturing inaccuracies of the containers is affected.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, eine mehrerer dieser Vorrichtungen zusammen einsetzende Anordnung nach Anspruch 8 und ein Verfahren nach Anspruch 10.This object is achieved according to the invention by a device according to claim 1, an arrangement according to claim 8 using several of these devices together and a method according to claim 10.

Hierbei wird ausgenutzt, dass die messenden Flüssigkeiten zumindest im medizinischen Bereich weitestgehend aus Wasser bestehen. Da die H2O Moleküle des Wassers ein starkes Dipolmoment aufweisen, entwickelt Wasser unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes, wenn sich diese Dipolmomente entlang des äußeren Feldes ausrichten, eine starke Polarisierung. Diese Polarisierung steigt bei gegebener Temperatur und elektrischer Feldstärke proportional zur Anzahl der beeinflussten Wassermoleküle an. Diese wiederum ist proportional zur Masse der polarisierten Flüssigkeit, wobei die Proportionalitätskonstante gegeben ist durch den Kehrwert der s molaren Masse, welche ein temperaturunabhängiger materialspezifischer Parameter ist.This makes use of the fact that the measuring liquids consist largely of water, at least in the medical field. Since the H2O molecules of water have a strong dipole moment, water develops a strong polarization under the influence of an electric field when these dipole moments align along the external field. At a given temperature and electric field strength, this polarization increases proportionally to the number of affected water molecules. This in turn is proportional to the mass of the polarized liquid, the proportionality constant being given by the reciprocal of the molar mass, which is a temperature-independent material-specific parameter.

Wird eine polarisierbare Flüssigkeit wie Wasser einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt folgen die Dipole der Moleküle in ihrer Ausrichtung grundsätzlich dem äußeren Feld, jedoch abhängig von der Temperatur mehr oder weniger schnell, also mit einer gewissen Verzögerung. Es ergibt sich also eine zeitabhängige Variation der Polarisierung, deren Amplitude jedoch weiterhin proportional zur Zahl der Dipole ist, d.h. die Amplitude gibt damit weiterhin Aufschluss über die Masse der polarisierbaren Flüssigkeit.If a polarizable liquid such as water is exposed to an alternating electric field, the dipoles of the molecules basically follow the external field in their alignment, but more or less quickly depending on the temperature, i.e. with a certain delay. The result is a time-dependent variation of the polarization, the amplitude of which, however, is still proportional to the number of dipoles, i.e. the amplitude continues to provide information about the mass of the polarizable liquid.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher das zu messende Behältnis, also insbesondere eine Spritze, Phiole oder Zylinderampulle (Karpule), in den Einflussbereich einer Messpulsantenne gebracht, insbesondere in die unmittelbare Nachbarschaft einer flächigen oder stabförmigen (Dipol)Antenne positioniert oder durch die Öffnung einer Ringantenne gesteckt. Ein Messpulsgenerator erzeugt nun als Messpuls ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld, beispielsweise ein Wechselfeld mit einer festen Frequenz. Dieser Puls wird über die Messpulsantenne in die zu messende polarisierbaren Flüssigkeit, insbesondere also eine wässrige Medimentenlösung, eingekoppelt, wobei sich als Antwortsignal ergibt eine zeitabhängige Polarisierung der Flüssigkeit ergibt. Diese Polarisierungsantwort ist von außen über dieselbe Messpulsantenne messbar, da diese das Gesamtfeld, also die Summe aus elektrischem Feld des Messpulses und der Polarisierung aufnimmt. Die hier ebenfalls auftretenden magnetischen Wechselfelder interessieren hierbei nur indirekt über die Spannungen, bzw. elektrischen Wechselfelder, welche sie insbesondere in der Ringantenne induzieren.In the method according to the invention, the container to be measured, i.e. in particular a syringe, vial or cylinder ampoule (carpule), is therefore brought into the area of influence of a measuring pulse antenna, in particular positioned in the immediate vicinity of a flat or rod-shaped (dipole) antenna or through the opening of a ring antenna plugged. A measuring pulse generator now generates a time-variable electrical field as a measuring pulse, for example an alternating field with a fixed frequency. This pulse is coupled into the polarizable liquid to be measured, in particular an aqueous medication solution, via the measuring pulse antenna, the response signal being a time-dependent polarization of the liquid. This polarization response can be measured from the outside via the same measuring pulse antenna, since it picks up the total field, i.e. the sum of the electric field of the measuring pulse and the polarization. The alternating magnetic fields that also occur here are of interest only indirectly via the voltages or alternating electrical fields that they induce in the ring antenna in particular.

Die (zeitabhängige) Polarisierung kann aus dem von der Messpulsantenne aufgenommenen Signal durch Subtraktion des Messsignals extrahiert und ihre Amplitude bestimmt werden. Aus dieser ergibt sich dann anhand eines zuvor bestimmten Eichfaktors die Masse der Flüssigkeit, welches zum Polarisierungssignal beigetragen hat. Hierbei ist es wichtig festzustellen, dass auch bei einer Ringantenne, welche in geometrischer Hinsicht nur einen kleinen Teil der üblicherweise zylindrischen oder zumindest länglichen Behältnisses abdeckt, oder gar bei einer flächigen oder stabförmigen Antenne in direkter Nachbarschaft zu dem Behältnis, welche das Behältnis geometrisch überhaupt nicht umschließt, trotzdem die gesamte Flüssigkeitssäule zur Polarisierung beiträgt. Dies liegt daran, dass die weiter von der Antenne entfernten Moleküle zwar deren direktes elektrisches Feld nicht mehr so stark spüren wie die näher gelegenen, jedoch durch die Polarisierung der näher gelegenen Moleküle gewissermaßen eine Verstärkung und Weiterleitung des Anregungsfeldes der Ringantenne stattfindet, so dass sich letztlich alle in Kontakt zueinander befindlichen molekularen Dipole ausrichten. Dies ist das gleiche Prinzip wie bei der „Übertragung“ des magnetischen Flusses im Eisenkern eines Transformators. Und genauso wie dort jeder Luftspalt die Effektivität des Eisenkerns herabsetzt, ist hier der Kontakt zwischen den zu messenden Flüssigkeitsteilen wesentlich. Dies bedeutet praktisch, dass etwaig am Rand des Behältnisses hängende Flüssigkeitströpfchen vom erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht oder kaum zum Antwortsignal beitragen, sofern sie sich nicht zufällig in der Nähe der Messpulsantenne befinden und somit deren direkten Einfluss spüren. Daher sollte vor der Messung durch geeignete Mittel, etwa sanftes Rütteln, dafür gesorgt werden, dass Flüssigkeit im zu messenden Behältnis ein zusammenhängendes Volumen bildet.The (time-dependent) polarization can be extracted from the signal picked up by the measuring pulse antenna by subtracting the measuring signal and its amplitude can be determined. The mass of the liquid, which contributed to the polarization signal, then results from this using a previously determined calibration factor. It is important to note that even with a ring antenna, which geometrically covers only a small part of the usually cylindrical or at least elongated container, or even with a flat or rod-shaped antenna in direct proximity to the container, which the container does not geometrically at all encloses, despite the fact that the entire column of liquid contributes to the polarization. This is due to the fact that the molecules further away from the antenna do not feel their direct electric field as strongly as the closer ones, but due to the polarization of the closer molecules to a certain extent, the excitation field of the ring antenna is amplified and passed on, so that ultimately align all molecular dipoles in contact with each other. This is the same principle as with the "transmission" of the magnetic flux in the iron core of a transformer. And just as every air gap there reduces the effectiveness of the iron core, the contact between the parts of the liquid to be measured is essential here. In practice, this means that any liquid droplets hanging on the edge of the container from the method according to the invention or the device according to the invention do not or hardly contribute to the response signal, unless they happen to be in the vicinity of the measuring pulse antenna and thus feel its direct influence. Therefore, before the measurement, suitable means, such as gentle shaking, should be used to ensure that the liquid in the container to be measured forms a coherent volume.

Falls außer der Messpulsantenne keine weiteren Quellen von elektrischen Wechselfeldern existierten, könnten allein mit dieser schon genaue Ergebnisse erzielt werden. Nun existieren jedoch zahlreiche weitere Quellen elektrischer Wechselfelder, welche sich dem durch die Messpulsantenne erzeugten Feld überlagern und das Messergebnis verfälschen können. Zum einen sind ständig eine Vielzahl künstlicher sowie auch natürlicher Quellen von elektromagnetischer Strahlung in dem durch den Messpuls vorgegebenen relevanten Frequenzbereich, insbesondere der Bereich zwischen 10 und 100 kHz, vorhanden. Dies sind zum einen Radioübertragungen (Langwelle) als künstliche Quellen sowie die lonosphärische Oszillationen und tagsüber auch die Sonne. Der größte Anteil an Störsignal geht jedoch nicht von diesen, relativ weit entfernten und damit schwachen Quellen, sondern von den direkt zur erfindungsgemäßen Vorrichtung benachbarten elektrischen Apparaten, wie Elektromotoren von Förderbändern oder Greif- bzw. Roboterarmen, Relais und dergleichen aus, welche im Rahmen des vorgesehen Haupteinsatzgebietes der Einwegspritzenfertigung bzw. Phiolen- oder Ampullenbefüllung unweigerlich vorhanden sind. Je nach Güte der Elektromagnetischen Verträglichskeits-(EMV) Maßnahmen dieser Geräte produzieren diese mehr oder weniger starke Emissionen auch im (relativ) niederfrequenten Bereich. Noch wichtiger ist aber der Aspekt, dass zur schnellen gleichzeitigen Bestimmung der Füllinhalte der gruppenweise in Trägerplatten bzw. Nester eingesetzten Behältnisse im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung im Allgemeinen mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen parallel zum Einsatz kommen. Diese würden sich ohne weitere Maßnahmen gegenseitig massiv stören, sofern nicht Messpulse mit sehr deutlich unterschiedlichen Charakteristiken, wie Frequenz, Timing etc., eingesetzt würden.If there were no other sources of alternating electric fields besides the measuring pulse antenna, this alone could achieve precise results. However, there are now numerous other sources of alternating electrical fields that are superimposed on the field generated by the measuring pulse antenna and can falsify the measurement result. On the one hand, there are always a large number of artificial as well as natural sources of electromagnetic radiation in the relevant frequency range specified by the measurement pulse, in particular the range between 10 and 100 kHz. These are, on the one hand, radio transmissions (long wave) as artificial sources as well as the ionospheric oscillations and, during the day, the sun. However, the greatest proportion of the interference signal does not come from these relatively distant and therefore weak sources, but rather from the electrical apparatus directly adjacent to the device according to the invention, such as electric motors Conveyor belts or gripping or robot arms, relays and the like, which are inevitably present in the context of the intended main area of application of disposable syringe production or vial or ampoule filling. Depending on the quality of the electromagnetic compatibility (EMC) measures of these devices, they produce more or less strong emissions even in the (relatively) low-frequency range. Even more important, however, is the aspect that, within the scope of the arrangement according to the invention, several devices according to the invention are generally used in parallel for the rapid simultaneous determination of the filling contents of the containers inserted in groups in carrier plates or nests. Without further measures, these would massively interfere with one another, unless measurement pulses with very clearly different characteristics, such as frequency, timing, etc., were used.

Darum schlägt vorliegende Erfindung als zweiten wesentlichen Aspekt eine elektromagnetische Abschirmung für die Messpulsantenne vor. Diese könnte als passive Abschirmung ausgestaltet sein, etwa als eine Folie aus gut leitendem Material, etwa einem Metall wie Silber, Kupfer, Gold oder, kostengünstiger, Aluminium, die zu einer geschlossenen Fläche gebogen wird und so einen Faradayschen Käfig bildet, in dessen Innenraum die Ringantenne angeordnet wird. Könnte die Abschirmfolie als vollständig geschlossene Fläche ausgeführt werden, wäre bei einer perfekt leitfähigen Folie ein perfekter Faradayscher Käfig gegeben, äußere Störfelder wären also komplett abgeschirmt. Auch unter Berücksichtigung der endlichen Leitfähigkeit würde mit einer vollständig geschlossenen Geometrie noch eine hervorragende Abschirmwirkung erreicht. Weil jedoch das zu messende Objekt, also das flüssigkeitsgefüllte Behältnis, insbesondere Einwegspritze, zur Messung durch die Ringantenne hindurchgeführt werden muss, ist es baulich nicht möglich die Abschirmfolie Messobjekt und Ringantenne vollständig umschließen zu lassen. Es muss in der Abschirmfolie also eine Öffnung als Zugang zum Innenraum verbleiben. Durch diese Öffnung können Störfelder in reduzierter aber immer noch signifikanter Stärke in den Innenraum gelangen, so dass mit einer passiven Abschirmfolie alleine nur eine leichte Verbesserung der Messgenauigkeit erreicht ist.The present invention therefore proposes, as a second essential aspect, an electromagnetic shield for the measuring pulse antenna. This could be designed as a passive shield, for example as a foil made of a highly conductive material, such as a metal such as silver, copper, gold or, cheaper, aluminum, which is bent into a closed surface and thus forms a Faraday cage, in the interior of which the Ring antenna is arranged. If the shielding film could be designed as a completely closed surface, a perfectly conductive film would have a perfect Faraday cage, so external interference fields would be completely shielded. Even taking into account the finite conductivity, a completely closed geometry would still achieve an excellent shielding effect. However, because the object to be measured, i.e. the liquid-filled container, in particular the disposable syringe, has to be passed through the ring antenna for measurement, it is structurally not possible to completely enclose the shielding film to be measured and the ring antenna. An opening must therefore remain in the shielding film as access to the interior. Through this opening, interference fields can get into the interior with a reduced but still significant strength, so that only a slight improvement in the measurement accuracy is achieved with a passive shielding film alone.

Bei Phiolen oder Ampullennestern ist darüber hinaus aus baulichen Gründen selbst eine teilweises umschließen der zu messenden Behältnisse unmöglich.In the case of vials or ampoule nests, it is also impossible for structural reasons to even partially enclose the containers to be measured.

Zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit schlägt vorliegende Erfindung darum vor, eine aktive Kompensation der äußeren Störfelder, also eine aktive Abschirmung, zu realisieren, indem eine Abschirmantenne mit angeschlossener Elektronik vorgesehen wird, welche in einem gewissen (Mess-)Bereich in ihrer Nähe eine Kompensation äußerer Störfelder ermöglicht.To further increase the measurement accuracy, the present invention therefore proposes that active compensation of the external interference fields, i.e. active shielding, be implemented by providing a shielding antenna with connected electronics, which compensates for external interference in a certain (measurement) area in its vicinity Allows interference fields.

In einer Ausführungsform vorliegender Erfindung, welche zur Füllmengenbestimmung bei in Einwegspritzen in Spritzennestern verwendbar ist, wird beispielsweise die Abschirmfolie einer passiven Abschirmung elektrisch mit einem ausreichend empfindlichen und vor allem reaktionsschnellen Spannungsmessvorrichtung, insbesondere einem Spannungssensor, verbunden, der die durch äußere Störfelder verursachte zeitabhängige Spannung misst. Diese Information wird an einen ebenfalls auf die Abschirmfolie geschalteten Wechselspannungssignalgenerator, im Rahmen der Erfindung, Kompensations- oder Ausgleichssignalgenerator genannt, weitergegen. Dieser erzeugt ein dem äußeren Störfeld entgegen gerichtetes Spannungssignal und leitet dieses auf die als Abschirmantenne dienende Abschirmfolie, wodurch in deren Innenraum in ausreichendem Maße feldfrei gehalten wird.In one embodiment of the present invention, which can be used to determine the fill quantity in disposable syringes in syringe nests, for example the shielding film of a passive shield is electrically connected to a sufficiently sensitive and above all quick-reacting voltage measuring device, in particular a voltage sensor, which measures the time-dependent voltage caused by external interference fields . This information is passed on to an alternating voltage signal generator, which is also connected to the shielding film, called a compensation or equalization signal generator within the scope of the invention. This generates a voltage signal directed in the opposite direction to the external interference field and directs it to the shielding film serving as a shielding antenna, which means that the interior space is kept sufficiently free of fields.

In einer alternativen Ausführungsform, welche auch für Phiolen- und (Zylinder-)Ampullennester geeignet ist, wird eine einfache flächige oder stabförmige Abschirmantenne verwendet, welche in die Nähe des zu messenden Behältnisses gebracht wird, so dass dieses, oder zumindest die darin enthaltene Flüssigkeit, möglichst vollständig im Inneren des durch die Abschirmantenne definierten Messbereichs liegen. Der Messbereich ist hierbei derjenige Raumbereich um die Abschirmantenne, in welchem die aktive Abschirmung mittels des Kompensationssignals eine ausreichende Störfeldfreiheit garantiert. Die Messpulsantenne wird hierbei zwischen der Abschirmantenne und dem Behältnis im Messbereich angeordnet.In an alternative embodiment, which is also suitable for vial and (cylinder) ampoule nests, a simple flat or rod-shaped shielding antenna is used, which is brought into the vicinity of the container to be measured, so that this, or at least the liquid contained therein, as completely as possible inside the measuring range defined by the shielding antenna. The measuring range is that spatial area around the shielding antenna in which the active shielding by means of the compensation signal guarantees sufficient freedom from interference fields. The measuring pulse antenna is arranged between the shielding antenna and the container in the measuring area.

Im Rahmen vorliegender Erfindung kommt es nicht unbedingt darauf an, bei den auftretenden Störfeldern alle Frequenzbereiche gleichermaßen zu unterdrücken. Es ist ausreichend, dies hauptsächlich für Frequenzen zu tun, die von derselben Größenordnung und kleiner sind wie die in dem von der Ringantenne ausgesendeten Messpuls auftretenden Frequenzen. Werden dort beispielsweise Frequenzen im Bereich um 50 kHz verwendet, ist eine Kompensation von Störfeldern nur im Bereich bis zu dieser Frequenz und etwas darüber für eine genügende Erhöhung der Messgenauigkeit nötig. Unter den gerechtfertigten Annahmen, dass die Störfelder sich zeitlich zu Null mitteln und das Strommessgerät zur Messung des Antwortsignals der polarisierten Flüssigkeitssäule aufgrund seiner Trägheit für Frequenzen oberhalb der Messpulsfrequenz unempfindlich ist, gilt, dass je höher die Störfrequenz oberhalb dieses Messbereichs liegt, sie desto weniger das Messergebnis beeinflusst. Umso geringer ist demnach die Notwendigkeit, sie aktiv zu kompensieren. Im obigen Beispiel sind etwa Störsignale mit Frequenzen von deutlich über 50 kHz für die Messung der Amplitude des Antwortsignals wenig relevant.In the context of the present invention, it is not absolutely important to suppress all frequency ranges equally in the interference fields that occur. It is sufficient to do this mainly for frequencies that are of the same order of magnitude and smaller than the frequencies occurring in the measuring pulse emitted by the loop antenna. If, for example, frequencies in the range around 50 kHz are used there, compensation of interference fields is only necessary in the range up to this frequency and a little above for a sufficient increase in the measurement accuracy. Under the justified assumption that the interference fields average to zero over time and that the ammeter for measuring the response signal of the polarized liquid column is insensitive to frequencies above the measuring pulse frequency due to its inertia, the higher the interference frequency above this measuring range, the less it is Measurement result influenced. The need to actively compensate for them is therefore all the less necessary. In the example above For example, interference signals with frequencies well above 50 kHz are of little relevance for measuring the amplitude of the response signal.

Daraus ergibt sich, dass die Reaktionszeit Dt der aktiven Abschir
mung in Form der beschriebenen Rückkopplung von Spannungsmesser und Ausgleichssignalgenerator nicht wesentlich besser sein muss als die zeitliche Auflösung des Strommessgeräts zur Erfassung des Polarisationssignals. Reaktionszeit meint hier den Zeitversatz zwischen Messung eines bestimmten Störsignalpegels durch den Spannungssensor zu einem Zeitpunkt t und dem Anliegen des hierauf erzeugten Kompensationssignals zum Zeitpunkt t+Dt. Kann das Strommessgerät Änderungen im Antwortsignal nur maximal bis in den Bereich von, beispielsweise 100 Mikrosekunden zeitlich auflösen, muss die Reaktionszeit der aktiven Abschirmung nicht wesentlich kürzer als 100 Mikrosekunden sein. Circa 50 Mikrosekunden wären in diesem Beispiel wohl ausreichend.It follows that the response time Dt of the active shield
Measurement in the form of the described feedback between voltmeter and compensation signal generator does not have to be significantly better than the temporal resolution of the ammeter for recording the polarization signal. Response time here means the time offset between the measurement of a specific interference signal level by the voltage sensor at a point in time t and the application of the compensation signal generated therefrom at point in time t + Dt. If the ammeter can only resolve changes in the response signal up to a maximum of in the range of, for example 100 microseconds, the reaction time of the active shielding does not have to be significantly shorter than 100 microseconds. About 50 microseconds would be sufficient in this example.

Eine zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbare Vorrichtung umfasst eine Ringantenne welche im Innenraum einer Abschirmung, insbesondere in Form einer Folie aus leitendem Material angeordnet ist. Die Abschirmfolie bildet mit Ausnahme einer Öffnung zum Einführen der zu messenden Behältnisse, wie beispielsweise Spritzen, geschlossene Fläche. Auf die Ringantenne ist ein hier Messpulsgenerator genannter Signalgenerator geschaltet, welcher ein Anregungssignal erzeugt, dass zur Polarisierung des Inhalts mittels der Ringantenne in das zu messende Behältnisses eingekoppelt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung nimmt die Antwort in Form eines zeitabhängigen Polarisierungssignals mittels eines ebenfalls an die Ringantenne angeschlossenen Strommessgeräts auf und leitet aus dem gemessenen Signal, genauer aus der Feldamplitude, die Gesamtpolarisierung der Probe ab. Diese wiederum kann über einen bei einer vorherigen Eichung bestimmten Proportionalitätsfaktor in das gewünschte Füllvolumen umgerechnet werden. Hierzu kann eine entsprechende Steuerelektronik vorhanden sein, welche diese Schritte automatisiert durchführt. Dies ist besonders für den praktischen Einsatz von großem Vorteil, da es die Messung beschleunigt. Für das Prinzip vorliegender Erfindung ist eine automatisierte Auswertung jedoch nicht wesentlich, sondern könnte auch durch einen Menschen durchgeführt werden.A device that can be used to implement the method according to the invention comprises a ring antenna which is arranged in the interior of a shield, in particular in the form of a film made of conductive material. With the exception of an opening for inserting the containers to be measured, such as, for example, syringes, the shielding film forms a closed surface. A signal generator, called a measuring pulse generator here, is connected to the ring antenna, which generates an excitation signal that is coupled into the container to be measured by means of the ring antenna to polarize the contents. The device according to the invention picks up the response in the form of a time-dependent polarization signal by means of an ammeter which is also connected to the ring antenna and derives the total polarization of the sample from the measured signal, more precisely from the field amplitude. This in turn can be converted into the desired filling volume using a proportionality factor determined in a previous calibration. For this purpose, appropriate control electronics can be available which carry out these steps in an automated manner. This is of great advantage, especially for practical use, as it speeds up the measurement. However, an automated evaluation is not essential for the principle of the present invention, but could also be carried out by a person.

Der vorliegend besonders betrachtete Anwendungsfall ist die Messung des Füllinhalts von (Einweg)Spritzen, Phiolen oder Ampullen. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können jedoch genauso zur Füllmengenbestimmung anderer Behältnisse eingesetzt werden, solange diese von ihrer Form und ihren Abmessungen her in die Öffnung der Ringantenne einbringen lassen und mit eine polarisierbaren Flüssigkeit gefüllt sind. Ebenfalls sehr gut polarisierbare Flüssigkeiten, also solche mit stark polaren Molekülen, sind Ethanol, Methanol und Isopropylalkohol.The particular application under consideration here is the measurement of the contents of (disposable) syringes, vials or ampoules. The method according to the invention and the device according to the invention can, however, also be used to determine the filling quantity of other containers, as long as they can be introduced into the opening of the ring antenna due to their shape and dimensions and are filled with a polarizable liquid. Liquids that can be polarized very well, i.e. those with strongly polar molecules, are ethanol, methanol and isopropyl alcohol.

Im Weiteren werden weitere vorteilhafte Ausführungen vorliegender Erfindung vorgestellt, welche in geeigneter Form miteinander kombiniert werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig offensichtlich ausschließen.In the following, further advantageous embodiments of the present invention are presented, which can be combined with one another in a suitable form, provided they are not obviously mutually exclusive.

Die Abschirmfolie bildet bevorzugt einen länglichen, insbesondere im Wesentlichen zylindrischen Körper, da diese Form den zu messenden länglichen bzw. zylindrischen Behältnissen, insbesondere Spritzen gut angepasst ist.The shielding film preferably forms an elongated, in particular essentially cylindrical body, since this shape is well adapted to the elongated or cylindrical containers to be measured, in particular syringes.

Die Öffnung zum Einführen der Behältnisse befindet sich bevorzugt an einer Stirnseite, besonders bevorzugt einer oberen Stirnseite, dieser länglichen bzw. zylindrischen Form.The opening for inserting the containers is preferably located on an end face, particularly preferably an upper end face, of this elongated or cylindrical shape.

Um auch bei nur wenig aus ihrer Trägerplatte hervorragenden Behältnissen, insbesondere Spritzen, eine Füllinhaltsmessung zu ermöglichen, ist die Ringantenne bevorzugt in einem oberen Bereich der Abschirmung, d.h. recht nahe der Öffnung angeordnet, wobei der Begriff ‚nahe‘ durch Vergleich mit der charakteristischen Größe der zu messenden Behältnisse zu verstehen ist. Diese wird jedoch regelmäßig von derselben Größenordnung wie die Abschirmung selbst sein, da die Größe der erfindungsgemäßen Messvorrichtung je nach Einsatzgebiet an die Größe der dort zu messenden Behältnisse angepasst werden wird.In order to enable the contents to be measured even when the containers, in particular syringes, protrude only a little from their carrier plate, the ring antenna is preferably arranged in an upper area of the shield, ie very close to the opening, the term `` near '' being compared with the characteristic size of the is to be understood containers to be measured. However, this will usually be of the same order of magnitude as the shield itself, since the size of the measuring device according to the invention will be adapted to the size of the containers to be measured there, depending on the area of application.

Die Ringantenne ist bevorzugt als einwindige Spule ausgeführt, da dies den minimalen Platzbedarf mit sich bringt.The ring antenna is preferably designed as a single-turn coil, as this requires minimal space.

Da die Abschirmfolie für ihren Hauptzweck keine große Wandstärke aufzuweisen braucht, ist sie bevorzugt als dünne Folie aus einem gut leitenden Material, insbesondere Metall wie Gold, Kupfer, Aluminium oder, idealerweise, Silber, ausgeführt. Um sie im praktischen Einsatz mechanisch zu stabilisieren, wird vorgeschlagen, diese Abschirmfolie über eine Stützstruktur, beispielsweise ein Kunststoffzylinder oder -zylinderskelett zu legen.Since the shielding film does not need to have a great wall thickness for its main purpose, it is preferably designed as a thin film made of a highly conductive material, in particular metal such as gold, copper, aluminum or, ideally, silver. In order to stabilize it mechanically in practical use, it is proposed to place this shielding film over a support structure, for example a plastic cylinder or cylinder skeleton.

Zur Unterbringung der an die Abschirmfolie und die Ringantenne angeschlossenen Elektronik dient bevorzugt ein Gehäuse, insbesondere ein zumindest in etwa quaderförmiges Gehäuse oder ein Gehäuse mit drei-, vier oder sechseckigem Querschnitt. Durch letzteres ist erreicht, das bei der Zusammenfassung mehrerer Erfindungsgemäßer Vorrichtungen zu einer erfindungsgemäßen Anordnung nach Anspruch 8, die Vorrichtungen in einem regelmäßigen Dreiecks oder Sechseckgitters angeordnet werden können, was vorteilhafterweise der üblich Anordnung der Aufnahmen in Trägerplatten entspricht. Das Gehäusematerial ist grundsätzlich beliebig, solange es eine ausreichende mechanische Belastbarkeit besitzt. Es bieten sich beispielsweise Kunststoff, Metall oder auch Holz an. Dieses kann mit der Stützstruktur der Abschirmfolie verbunden sein, d.h. die Stützstruktur ist auf einer Außenseite des Gehäuses aufgesetzt und lösbar oder nicht-lösbar damit verbunden, etwa durch Schrauben, Nieten, Kleben oder Schweißen.A housing is preferably used to accommodate the electronics connected to the shielding film and the ring antenna, in particular an at least approximately cuboid housing or a housing with a triangular, quadrangular or hexagonal cross-section. The latter achieves that when several devices according to the invention are combined to form an arrangement according to the invention according to claim 8, the devices in one regular triangular or hexagonal grid can be arranged, which advantageously corresponds to the usual arrangement of the recordings in carrier plates. The housing material is basically arbitrary as long as it has sufficient mechanical strength. For example, plastic, metal or wood can be used. This can be connected to the support structure of the shielding film, ie the support structure is placed on an outside of the housing and connected to it in a detachable or non-detachable manner, for example by screwing, riveting, gluing or welding.

Eine alternative Ausführungsform vorliegender Erfindung verwendet als Abschirm- wie auch als Messpulsantenne je eine flächige oder stabförmige Antenne, welche in geringem Abstand voneinander parallel zueinander ausgerichtet angeordnet sind. Beispielsweise können sie auf gegenüberliegenden Seiten einer für Signale im entsprechenden Frequenzbereich transparenten Platte, etwa aus Kunststoff oder Holz, aufgebracht sein. Diese Platte kann in das Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung integriert, oder separat außen daran befestigt sein.An alternative embodiment of the present invention uses a flat or rod-shaped antenna each as a shielding antenna as well as a measuring pulse antenna, which are arranged parallel to one another at a small distance from one another. For example, they can be applied to opposite sides of a plate that is transparent for signals in the corresponding frequency range, for example made of plastic or wood. This plate can be integrated into the housing of the device according to the invention or attached to it separately on the outside.

Das Messgerät zur Messung des Polarisationsantwortsignals umfasst in manchen Ausführungen vorliegender Erfindung einen Vorverstärker um auch schwache Antwortsignale noch zuverlässig erfassen zu können. Dieser ist bevorzugt ein Operationsverstärker, der mit invertiertem Eingang an die Messpulsantenne angeschlossen ist.In some embodiments of the present invention, the measuring device for measuring the polarization response signal comprises a preamplifier in order to be able to reliably detect even weak response signals. This is preferably an operational amplifier that is connected to the measuring pulse antenna with an inverted input.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann an einem Roboterarm angebracht sein, der sie zur Messung des Füllinhalts von unten über die in ihren Trägerplatten eingesetzten und unten überstehenden Behältnisse fährt.The device according to the invention can be attached to a robot arm which, in order to measure the filling content, moves it from below over the containers inserted in its carrier plates and protruding from below.

In einer Ausführung schlägt vorliegende Erfindung vor, mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen einzusetzen, um gleichzeitig zwei oder mehr Behältnisse zu vermessen. Hierzu sind die erfindungsgemäßen Vorrichtungen, bzw. zumindest die Abschirmungen mit innenliegender Ringantenne, in einem mit dem Abstand der Ausnehmungen in den Trägerplatten komensurablen Abstand angeordnet. Im Extremfall können genauso viele Vorrichtungen wie Ausnehmungen in der Trägerplatte vorhanden sein, wodurch für alle eingesetzten Behältnisse gleichzeitig der Füllinhalt gemessen werden kann.In one embodiment, the present invention proposes using several devices according to the invention in order to measure two or more containers at the same time. For this purpose, the devices according to the invention, or at least the shields with an internal ring antenna, are arranged at a spacing that is compensatable with the spacing of the recesses in the carrier plates. In the extreme case, there can be as many devices as there are recesses in the carrier plate, so that the filling content can be measured simultaneously for all containers used.

Die Reaktionszeit der aktiven Abschirmung, also der Zeitversatz zwischen gemessenem Störsignalpegel und Kompensationssignal, liegt bevorzugt im Bereich des zeitlichen Auflösungsvermögens des Strommessgeräts. Insbesondere sollte die Reaktionszeit weniger als 100 Mikrosekunden, besonders bevorzugt bei weniger als 50 Mikrosekunden sein.The reaction time of the active shielding, that is to say the time offset between the measured interference signal level and the compensation signal, is preferably in the range of the time resolution of the current measuring device. In particular, the response time should be less than 100 microseconds, particularly preferably less than 50 microseconds.

Die eingesetzten Messvorrichtungen können einen Vorverstärker in Form eines Operationsverstärkers umfassen, welcher bevorzugt mit invertiertem Eingang betrieben wird.The measuring devices used can comprise a preamplifier in the form of an operational amplifier, which is preferably operated with an inverted input.

Das vom Kompensationssignalgenerator erzeugte Ausgleichssignal weist bevorzugt einen Bias, d.h. eine feste Vorspannung auf. The compensation signal generated by the compensation signal generator preferably has a bias, i.e. a fixed bias voltage.

Hierdurch wird erreicht, dass sich die Spannungen ausschließlich in einem Bereich oberhalb oder unterhalb der Nulllinie bewegen.This ensures that the voltages only move in a range above or below the zero line.

Für das vom Messpulsgenerator erzeugte Polarisierungssignal kommen unterschiedliche Pulsformen in Frage. Zum einen ein lorentz-, gauss- oder heavysideförmiger Spannungspuls mit einer zeitlichen Ausdehnung die größer ist als die zeitliche Auflösung des zur Erfassung des Antwortsignals verwendeten Strommessgeräts, insbesondere ein Puls mit einer Dauer im Bereich von 100 Mikrosekunden bis 1 Millisekunde. Des Weiteren kann auch eine Wechselspannung konstanter Frequenz für eine gewisse Zeitdauer die groß ist gegenüber der zeitlichen Auflösung des Strommessgeräts, insbesondere etwa 10 bis 1000 Millisekunden.
Die Frequenz der Wechselspannung sollte dabei so gewählt werden, dass die Pulsdauer zumindest einige Perioden umfasst, insbesondre im Bereich von 1 bis 100 kHz, besonders bevorzugt 40 bis 50 kHz.Different pulse shapes can be used for the polarization signal generated by the measuring pulse generator. On the one hand, a Lorentz, Gaussian or Heavyside-shaped voltage pulse with a temporal expansion that is greater than the temporal resolution of the ammeter used to acquire the response signal, in particular a pulse with a duration in the range from 100 microseconds to 1 millisecond. Furthermore, an alternating voltage of constant frequency can also be used for a certain period of time which is large compared to the temporal resolution of the current measuring device, in particular approximately 10 to 1000 milliseconds.
The frequency of the alternating voltage should be selected so that the pulse duration comprises at least some periods, in particular in the range from 1 to 100 kHz, particularly preferably 40 to 50 kHz.

Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile vorliegender Erfindung ergeben sich aus der im Folgenden anhand der Figuren näher erläuterten, beispielhaften Ausführungen. Diese sollen vorliegende Erfindung nur illustrieren und in keiner Weise einschränken.Further properties, features and advantages of the present invention emerge from the exemplary embodiments explained in more detail below with reference to the figures. These are only intended to illustrate the present invention and in no way limit it.

Es zeigen:

1: Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung in aufgeschnittener perspektivischer Ansicht
2: Das elektrische Schaltbild der Ausführungsform aus 1
3: Eine erfindungsgemäße Anordnung im Längsschnitt beim Einsatz zur gleichzeitigen Vermessung mehrerer Spritzen
4: Einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform vorliegender Erfindung für die Verwendung mit Phiolen- oder Ampullennestern

Show it:

1 : A preferred embodiment of a measuring device according to the invention in a cut-away perspective view
2 : The electrical circuit diagram of the embodiment 1
3 : An arrangement according to the invention in longitudinal section when used for the simultaneous measurement of several syringes
4th : A schematic longitudinal section through a second preferred embodiment of the present invention for use with vial or ampoule nests

In 1 ist in teilweise aufgeschnittener perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Messvorrichtung gezeigt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht in dieser Ausführungsform aus den drei Teilen Abschirmung 2, Ringantenne 30 und dem Gehäuse 4, welches die Elektronik beherbergt. Abschirmung 2 umfasst die zylindrische auch als Abschirmantenne dienende Abschirmfolie 29 welche durch die Stützstruktur 28 mechanisch stabilisiert wird. Die obere Stirnseite von sowohl der Stützstruktur 28 als auch der Abschirmfolie 29 ist offen und bildet die kreisförmige Öffnung, durch welche das zu messende Behältnis 100 in den Innenraum der Abschirmung 2 geschoben werden kann. Der Innenraum stellt auch gleichzeitig den Messbereich 20 dar. Im oberen Bereich des Innenraums 20 der Abschirmung 2 ist die Ringantenne 30 derart angeordnet, das ihre Flächennormale auf der Zylinderachse der Abschirmung 2 liegt. Die Ringantenne 30 ist mit der Messelektronik 3 im Gehäuse 4 schaltungstechnisch verbunden. Messelektronik 3 umfasst Messpulsgenerator 32 und zweite Spannungsmessvorrichtung 31. Bei Messpulsgenerator 32 handelt es sich um einen Signalgenerator, der den zur Polarisierung des Flüssigkeitsinhalts des zu messenden Behältnisses 100 dient.
Die zur aktiven Abschirmung benötigte Elektronik ist ebenfalls im Gehäuse 4 untergebracht und umfasst die erste Spannungsmessvorrichtung 21 und den Kompensationssignalgenerator 22.In 1 a measuring device according to the invention is shown in a partially cut-away perspective view.
In this embodiment, the device according to the invention consists of the three parts of shielding 2 , Loop antenna 30th and the case 4th which the Electronics houses. shielding 2 comprises the cylindrical shielding film also serving as a shielding antenna 29 which by the support structure 28 is mechanically stabilized. The top face of both the support structure 28 as well as the shielding film 29 is open and forms the circular opening through which the container to be measured 100 into the interior of the shield 2 can be pushed. The interior also represents the measuring range at the same time 20th in the upper area of the interior 20th the shield 2 is the loop antenna 30th arranged in such a way that their surface normal on the cylinder axis of the shield 2 lies. The loop antenna 30th is with the measuring electronics 3 in the housing 4th circuitry connected. Measurement electronics 3 include measurement pulse generator 32 and second tension measuring device 31 . With measuring pulse generator 32 it is a signal generator which is used to polarize the liquid content of the container to be measured 100 serves.
The electronics required for active shielding are also in the housing 4th housed and includes the first tension measuring device 21 and the compensation signal generator 22nd .

Das Gehäuse 4 weist einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen Hexagons auf, was den Vorteil mit sich bringt, dass bei der Verbindung mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen zu einer erfindungsgemäßen Anordnung ein regelmäßiges Sechseckgitter erzeugbar ist. Dies entspricht dem Muster, in dem üblicherweise die Aufnahmen in Trägerplatten für Spritzen, auch Nester genannt, angeordnet sind.The case 4th has a cross section in the form of a regular hexagon, which has the advantage that a regular hexagonal grid can be generated when several devices according to the invention are connected to form an arrangement according to the invention. This corresponds to the pattern in which the receptacles are usually arranged in carrier plates for syringes, also called nests.

2 zeigt das Schaltbild der bei der Ausführung aus 1 zum Einsatz kommenden elektronischen Komponenten.
An die zur Einkopplung des Messsignals in die Probe dienenden Ringantenne 30 sind zum einen das zweite Spannungsmessgerät 31 und zum anderen der Messpulsgenerator 32 angeschlossen. Der Messpulsgenerator 32 erzeugt das zur Polarisierung der Flüssigkeit im zu messenden Behältnis dienende Signal in Form eines Spannungspulses welcher beispielsweise Gauß-, Lorentz- oder Heavyside- (stufen)-förmig sein oder auch die Form eines für eine gewisse Zeitdauer ausgestrahlten Wechselspannungssignals mit fester Frequenz annehmen kann. Das von der polarisierbaren Flüssigkeit im zu messenden Behältnis erzeugte Polarisierungs-Antwortsignal wird mittels der gleichen Ringantenne 30 aufgenommen und an das ebenfalls an der Ringantenne 30 angeschlossene Spannungsmessgerät 31, bestehend aus Vorverstärker 311 und Voltmeter 312 ausgewertet.
Die aktive Abschirmung dient der möglichst weitgehenden Elimination von durch die Öffnung 20 der Abschirmung in deren Innenraum eindringender bzw. die nicht im Inneren der Abschirmung befindlichen Teile der Flüssigkeitssäule beeinflussender äußerer Störfelder während des oben beschriebenen Messvorgangs. Sie umfasst die auch als Antenne fungierende Abschirmfolie 29, Spannungssensor 21 und Kompensationssignalgenerator 22, wobei letztere über eine Rückkopplung 27 miteinander verbunden sind. Der Spannungssensor 21 erfasst den derzeitigen auf der Abschirmfolie 29 anliegenden Störsignalpegel gegenüber einem Referenzniveau, etwa der Erde. Über die Rückkopplung 27 wird das gemessene Signal an Ausgleichssignalgenerator 22 weitergegen, der daraufhin ein entgegen gerichtetes zeitlich verändertes Signal erzeugt und, bevorzugt mit einer gewissen Vorspannung, auf die Abschirmantenne 29 leitet, um das Störsignal zu kompensieren und den Innenraum und die Flüssigkeit im zu messenden Behältnis von Störsignalen freizuhalten. 2 shows the circuit diagram of the execution 1 electronic components used.
To the ring antenna used to couple the measurement signal into the sample 30th are on the one hand the second voltage measuring device 31 and on the other hand the measuring pulse generator 32 connected. The measuring pulse generator 32 generates the signal used to polarize the liquid in the container to be measured in the form of a voltage pulse which, for example, can be Gaussian, Lorentz or Heavyside (stepped) or also take the form of an alternating voltage signal with a fixed frequency emitted for a certain period of time. The polarization response signal generated by the polarizable liquid in the container to be measured is sent by means of the same loop antenna 30th recorded and also on the loop antenna 30th connected voltmeter 31 , consisting of preamplifier 311 and voltmeter 312 evaluated.
The active shielding is used to eliminate as far as possible through the opening 20th the shielding penetrating into its interior or the parts of the liquid column that are not located inside the shielding influencing external interference fields during the measurement process described above. It includes the shielding film that also functions as an antenna 29 , Voltage sensor 21 and compensation signal generator 22nd , the latter being connected to one another via a feedback 27. The voltage sensor 21 records the current one on the shielding film 29 applied interference signal level compared to a reference level, such as earth. Via the feedback 27, the measured signal is sent to the compensation signal generator 22nd weiter gegen, which then generates an oppositely directed, time-changed signal and, preferably with a certain bias, to the shielding antenna 29 conducts to compensate for the interfering signal and to keep the interior and the liquid in the container to be measured free of interfering signals.

3 stellt eine erfindungsgemäße Anordnung im Einsatz bei der gleichzeitigen Füllmengenbestimmung mehrerer Behältnisse, hier Spritzen, dar.
Wie gezeigt sind zwei Vorrichtungen 1, 1' mit ihren jeweiligen Gehäusen 4, 4' miteinander in einem solchen Abstand verbunden, dass ihr Abstand dem zweier zu messender Flüssigkeitsbehältnisse, hier Spritzen 100, eingesetzt in Trägerplatte 101 entspricht. Hierzu ist zwischen den Gehäusen 4, 4' ein Abstandshalter 5 eingebracht. Die so geschaffene Anordnung ist an einem, nur schematisch dargestellten, mehrachsigen Roboterarm 6 montiert, der sie verfahren und in einer oder mehr Achsen verschwenken kann um sie, wie dargestellt, über die unten aus ihrer Trägerplatte 101 hervorragenden Spritzen 100 zu schieben. Auch dank der aktiven Abschirmung kann dann eine Messung des Flüssigkeitsinhalts bei zwei Spritzen 100 gleichzeitig erfolgen, ohne dass sich die Messungen gegenseitig stören. 3 represents an arrangement according to the invention in use with the simultaneous determination of the filling quantity of several containers, here syringes.
As shown are two devices 1 '1' with their respective housings 4th , 4 'connected to one another at such a distance that their distance is that of two liquid containers to be measured, here syringes 100 , inserted in carrier plate 101 corresponds to. This is between the housings 4th , 4 'a spacer 5 brought in. The arrangement created in this way is on a multi-axis robot arm, which is only shown schematically 6th mounted, which can move them and pivot in one or more axes around them, as shown, via the bottom of their carrier plate 101 excellent syringes 100 to push. Thanks to the active shielding, the liquid content of two syringes can then be measured 100 take place simultaneously without the measurements interfering with each other.

Da es die baulichen Gegebenheiten bei Phiolen oder Ampullennestern es nicht gestatten, die im Nest gehaltenen Behältnisse (also Phiolen bzw. Ampullen, in das Innere einer hohlzylindrischen Abschirmung gemäß der Ausführungsform aus 1 einzubringen, schlägt vorliegende Erfindung für solche Nester eine andere Gestaltung vor, welche in 4 in einem schematischen Schnitt dargestellt ist.
Die aktive Abschirmung 2 umfasst in dieser Ausführungsform die flächige oder stabförmige Abschirmantenne 29b sowie die daran angeschlossene (nicht dargestellte) Kompensationselektronik. Die zu messende polarisierbare Flüssigkeit im Behältnis 100 befindet sich vollständig innerhalb von Messbereich 20, in dem das von Abschirmantenne 29b erzeugte Kompensationsfeld (gestrichelt angedeutet) äußere zeitabhängige Störfelder ausreichend zu unterdrücken vermag. Die Größe dieses Bereichs entspricht in etwa der Länge bzw. Länge und Breite der Abschirmantenne 29b, weswegen diese größer gewählt ist als die Breite bzw. der Durchmesser des Behältnisses 100. Die ebenfalls flächige oder stabförmige Messpulsantenne 30b, an welche die (ebenfalls nicht dargestellte) Messelektronik angeschlossen ist, ist parallel zur Abschirmantenne 29b ausgerichtet zwischen dieser und Behältnis 100 angeordnet. Die Messpulsantenne 30b sollte hierbei zur Erhöhung der Signalstärke möglichst nahe an das Behältnis 100 herangebracht werden. Damit die Messpulsantenne 30b vollständig im Messbereich liegt, ist sie kleiner dimensioniert als die Abschirmantenne 29b.Since the structural conditions in the case of vials or ampoule nests do not allow the containers held in the nest (that is to say vials or ampoules, respectively) into the interior of a hollow cylindrical shield according to the embodiment 1 introduce, the present invention proposes a different design for such nests, which is shown in 4th is shown in a schematic section.
The active shield 2 comprises in this embodiment the flat or rod-shaped shielding antenna 29b and the compensation electronics (not shown) connected to it. The polarizable liquid to be measured in the container 100 is completely within the measuring range 20th in which the shield antenna 29b generated compensation field (indicated by dashed lines) is able to suppress external time-dependent interference fields sufficiently. The size of this area corresponds approximately to the length or length and width of the shielding antenna 29b , which is why this is chosen larger than the width or the diameter of the container 100 . The flat or rod-shaped measuring pulse antenna 30b to which the (also not measurement electronics is connected, is parallel to the shielding antenna 29b aligned between this and the container 100 arranged. The measuring pulse antenna 30b should be as close as possible to the container to increase the signal strength 100 be brought up. So that the measuring pulse antenna 30b is completely within the measuring range, it is dimensioned smaller than the shielding antenna 29b .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Vorrichtungcontraption
22: (aktive) Abschirmung(active) shielding
2020th: MessbereichMeasuring range
2121: erste Spannungsmessvorrichtungfirst tension measuring device
2222nd: WechselspannungsgeneratorAC voltage generator
2828: StützstrukturSupport structure
2929: Abschirmfolie, hohlzylindrische AbschirmantenneShielding foil, hollow cylindrical shielding antenna
29b29b: flächige oder stabförmige Abschirmantenneflat or rod-shaped shielding antenna
3030th: ringförmige Messpulsantennering-shaped measuring pulse antenna
30b30b: stabförmige oder flächige MesspulsantenneRod-shaped or flat measuring pulse antenna
3131: zweite Spannungsmessvorrichtungsecond tension measuring device
311311: Verstärkeramplifier
312312: VoltmeterVoltmeter
3232: MesspulsgeneratorMeasuring pulse generator
44th: Gehäusecasing
55: AbstandshalterSpacers
66th: Roboterarm Robotic arm
100100: Behältnis, SpritzeContainer, syringe
101101: TrägerplatteCarrier plate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102004035061 A1 [0008]
DE 102004025061 A1 [0008]

Claims

A device for measuring a mass of a polarizable liquid in a container (100) comprising - A shielding antenna (29, 29b) of an active shielding (2) defining a measuring area (20), the shielding antenna (29, 29b) being connected to a first measuring device (21) and a compensation signal generator (22), - A measuring pulse antenna (30, 30b) which is connected to a second measuring device (31) and a measuring pulse generator (32) and is arranged within the measuring area (20), and wherein the device is prepared for this - To measure a time-variable voltage value of an external interference signal by means of the first measuring device (21) and to generate a compensation signal compensating for this interference signal by means of the compensation signal generator (22) and to conduct it to the shielding antenna (29, 29b), thus ensuring that the measurement area (20) is largely free of interference fields ) and - to generate a polarization signal by means of the measuring pulse generator (32) and to polarize the liquid content of the container (100) via the measuring pulse antenna (30, 30b) and to measure a response signal by means of the second measuring device (31) and to derive the mass of the liquid from this response signal .

Device according to Claim 1 , characterized in that - the shielding antenna (2) is a hollow cylindrical antenna (29), in particular made of a thin conductive film, which is open at one end, in particular an upper end, around the at least partial introduction of the container (100) into a To allow interior space of the hollow cylindrical antenna (29), and - the measuring pulse antenna is a ring antenna (30) which is arranged such that a container (100) inserted at least partially into the interior of the shield extends through the ring antenna (30).

Device according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the hollow cylindrical shielding antenna (29) is stabilized from the inside by a support structure (28), in particular a non-conductive and non-magnetic support structure in the form of a cylinder or cylinder skeleton made of plastic.

Device according to one of the Claim 3 , characterized in that the support structure (28) with shielding antenna (29) and ring antenna (30) is mounted on a housing (4), in particular in an approximately cuboidal housing or a housing with a triangular or hexagonal cross-section, in which the measuring and shielding electronics, that is to say the first measuring device (21), compensation signal generator (22), second measuring device (31) and measuring pulse generator (32) are accommodated.

Device according to Claim 1 , characterized in that the shielding antenna (29b) and the measuring pulse antenna (30b) are flat or rod-shaped and aligned parallel to each other at a small distance compared to a length of the shielding antenna (29b).

Device according to one of the Claims 1 - 5 , characterized in that the second measuring device (31) comprises a voltmeter (312) connected via a preamplifier (311).

Device according to Claim 6 , characterized in that the preamplifier is an operational amplifier operated with an inverted input.

Arrangement comprising a plurality of devices according to one of the Claims 1 - 7th for measuring the liquid mass of a plurality of containers filled with a polarizable liquid which are inserted into receptacles on a carrier plate and protrude at least partially with a liquid-containing part over the carrier plate, characterized in that the devices are arranged at a distance and in a manner from one another and are common are held movably so that at least two, preferably all, of the containers can be introduced simultaneously into the measuring areas of two, preferably all, of the devices.

Arrangement according to Claim 8 , characterized in that the devices are attached to a multi-axis robot arm (6) and can be moved together by means of this.

Method for determining a mass of a polarizable liquid-filled container (100), characterized in that a) the container (100) is inserted at least so far into a measuring area (20) of an active shield (2) defined by a shielding antenna (29, 29b) that the liquid is completely or largely in the measuring area (20), b) the measurement of the liquid mass is then carried out by means of a measuring pulse antenna (30, 30b), a polarization signal generated by a measuring pulse generator (32) connected to the measuring pulse antenna (30, 30b) on the liquid inside the container (100) and this is polarized as a result, and a response signal of the polarized liquid is measured by means of a second measuring device (31) also connected to the measuring pulse antenna (30, 30b) and the liquid mass is derived from this, c) wherein during the measurement by means of a connected to the shielding antenna (29, 29b) first Measuring device (21) a time-variable external interference signal is measured and a compensation signal that compensates for this interference signal is generated on the basis of the measured interference signal by means of an alternating voltage generator (22) and passed to the shielding antenna (29, 29b) to ensure that the measurement area (20) is free from interference.

Procedure according to Claim 10 , characterized by a reaction time of the active shielding of less than 1 millisecond, preferably less than 100 microseconds.

Method according to one of the Claims 10 - 11 , characterized in that the second measuring device (31) is connected to the measuring pulse antenna (30, 30b) via an operational amplifier (311) as a preamplifier and in particular comprises a voltmeter (312).

Method according to one of the Claims 10 - 12th , characterized in that the polarization signal generated by the measuring pulse generator (32) is - a voltage pulse, in particular a DC voltage pulse or an AC voltage pulse with a Gaussian envelope, or - an AC voltage of constant amplitude and frequency, and / or - a frequency between 10 and 100 kHz, preferably 40 to 50 kHz.

Method according to one of the Claims 10 - 13th , characterized in that the compensation signal generated by the compensation signal generator (22) has a bias voltage, in particular in the order of 0.1-10 volts.